Die Nachfrage nach leistungsfähigen Lithium-Ionen-Batterien wächst rasant
Eine zentrale Herausforderung in der Zellfertigung ist die präzise, reproduzierbare und materialschonende Laminierung von Batteriekomponenten.
Die isobare Doppelbandpresse von HELD bietet hierfür ideale Prozessbedingungen: konstante Druckverteilung, kontrollierte Temperaturführung und kontinuierliche Produktion. Besonders beim Laminieren von Separatoren, Elektrode-Separator-Laminaten (ESL) und vollständigen Zellstapeln (Mono-Cells) zeigt sich das enorme Potenzial dieser Technologie.
Die Funktion der Laminierung in der Lithium-Ionen-Zellfertigung
In der Lithium-Ionen-Batterieproduktion bestehen Zellen typischerweise aus den Komponenten Anode, Separator und Kathode.
Typische Vorteile der isobaren Laminierung gegenüber herkömmlichen Verfahren:
Verbesserter Kontakt zwischen Elektrode und Separator
Höhere mechanische Stabilität
Hochpräzise Laminierung
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In unserer exklusiven Whitepaper-Serie vergleichen wir für unterschiedliche Materialien die Performance der verschiedenen Pressverfahren wie Kalander, statisches und kontinuierliches Verpressen mit unserem isobaren kontinuierlichen Pressverfahren.
Separator-Laminierung in Lithium-Ionen-Batterien
Der Separator ist eine mikroporöse Polymermembran, die Anode und Kathode elektrisch trennt, während Lithium-Ionen passieren können.
Typische Separator-Materialien:
PE/PP mikroporös
Verstärkte Non-Woven Separatoren (z. B. Aramid oder Keramik)
Typische Prozessparameter - Temperatur:
PE/PP Separator: 90–110 °C
Non-woven verstärkt: 100–130 °C
Typische Prozessparameter - Druck:
PE/PP: 10–40 bar
Non-woven: 20–60 bar
Bedeutung der Laminierung
Die Laminierung eines Separators allein ist meist nicht sinnvoll. Der größte Mehrwert entsteht beim Laminieren mit einer Elektrode.
Vorteile: bessere Handhabung in der Produktion, stabilere Grenzfläche Elektrode-Separator, höhere Stacking-Genauigkeit, reduzierte Faltenbildung.
Bei verstärkten Non-woven-Separatoren kann eine Vorlaminierung dennoch sinnvoll sein, um Material zu planarisieren und die Stabilität zu verbessern.
Anoden- und Kathodenmaterialien
Die Aktivmaterialien der Batterie werden zunächst auf Metallfolien beschichtet.
Typische Anodenmaterialien: Graphit, Hard Carbon / Soft Carbon, Silizium, Titanoxid. Diese Materialien werden auf Kupferfolie aufgebracht.
Typische Kathodenmaterialien: LCO, NMC, NCA, LMO, LFP. Diese werden auf Aluminiumfolie beschichtet.
Die Laminierung erfolgt nicht auf Materialebene, sondern auf Elektroden- oder Zellstackebene.
Elektrode-Separator-Laminat (ESL)
Ein wichtiger Schritt in modernen Batteriefabriken ist das Electrode-Separator Lamination (ESL). Dabei wird eine Elektrode direkt mit einem Separator laminiert.
Aufbau
Anoden-ESL: Anode + Separator
Kathoden-ESL: Kathode + Separator
Typische Prozessparameter - Temperatur:
90 – 110 °C
Typische Prozessparameter - Druck:
20 - 50 bar
Bei einer Materialdicke von ca. 50–200 µm
Vorteile von ESL: deutlich verbesserte Handhabung, höhere Positioniergenauigkeit beim Stacking, modulare Zellfertigung, deutlich geringere Ausschussrate. Forschungsarbeiten zusammen mit der RWTH Aachen University zeigen, dass ESL-Lamination ein entscheidender Schritt für Hochgeschwindigkeits-Stackinglinien sein kann.
Mono-Cell-Laminierung
(vollständiger Zellstack)
Die Laminierung eines vollständigen Zellstapels (Mono-Cell Laminierung) ist ein klassischer Anwendungsfall für isobare Doppelbandpressen.
Zellaufbau:
Anode, Separator, Kathode.
Typische Prozessparameter - Temperatur:
90–110 °C
Typische Prozessparameter - Druck:
20 bis 50 bar
Vorteile der Laminierung im isobaren Verfahren
Homogen verdichteter Zellstack
Reduzierte interne Hohlräume
Verbesserte mechanische Stabilität
Stabile und reproduzierbare Zellperformance
Dank gleichmäßigem Druck über die gesamte Bandbreite ist die Doppelbandpresse besonders geeignet für großformatige Batteriezellen.
HELD - Ihr Partner für innovative Fertigung von Lithium-Ionen Batterien
Die isobare Doppelbandpresse ist eine Schlüsseltechnologie für moderne Lithium-Ionen-Batterieproduktion. Besonders bei Electrode-Separator-Laminaten (ESL) und im Bereich der Mono-Cell-Stack-Laminierung liefert sie optimale Ergebnisse hinsichtlich Prozessstabilität, Zellqualität und Produktionsgeschwindigkeit. Die Vorteile ergeben sich insbesondere aus der Kombination aus gleichmäßigem Druck, präzisen Temperaturprofilen, kontinuierlicher Produktion (z. B. Rolle zu Rolle) und der Skalierbarkeit.
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